AT227284B

AT227284B - Im wesentlichen austenitische Eisen-Aluminium-Mangan-Nickel-Legierung für die Herstellung hochbeanspruchter und verschleißfester Bauteile sowie Wärmebehandlungsverfahren für die Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: AT227284B
Application number: AT208360A
Authority: AT
Original assignee: Langley Alloys Ltd
Priority date: 1958-01-01
Filing date: 1958-06-27
Publication date: 1963-05-10

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Im wesentlichen austenitische Eisen-Aluminium-Mangan-NickelLegierung für die Herstellung hochbeanspruchter und verschleissfester
Bauteile sowie Wärmebehandlungsverfahren für die
Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung 
Die vorliegende Erfindung betrifft austenitische Eisen-Aluminium-Legierungen, insbesondere solche, die Mangan und Nickel enthalten. 



   Nach einem älteren, nicht zum Stande der Technik gehörigen Vorschlag sind Eisenlegierungen be- 
 EMI1.1 
 Eigenschaft des Nickels, Austenit zu bilden, es ermöglicht, den Mangangehalt auf unterhalb des angegebenen Bereiches, nämlich auf unterhalb von 18 bis   400/0   gemäss dem genannten Vorschlag, herabzusetzen. 



  In solchen Fällen kann der Mangangehalt auf den Bereich von 5 bis 18% herabgesetzt werden ; die kombinierten Nickel- und Manganmengen erhöhen die Zugfestigkeit und Streckgrenze mit dem Ergebnis, dass ein Aluminiumgehalt im unteren Teil des Bereiches verwendet werden kann, um gegebenenfalls die Duktilität zu verbessern. 



   Erfindungsgemäss enthalten somit die verbesserten, austenitischen Legierungen 6 - 20% Aluminium,   5-18%   Mangan,   5-leo   Nickel,   0,   15 - 2% Kohlenstoff, bis zu 4% Niob, bis   zu 3%   Silizium und bis zu   10/0   Stickstoff, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, wobei gegebenenfalls bis zu 10% der Elemente 
 EMI1.2 
 die Hauptelemente im Bereich von 6 bis 12% Aluminium, 8 bis 181o Mangan, 5 bis 10% Nickel, 0,6 bis   1, 2%   Kohlenstoff, Rest Eisen und Verunreinigungen gehalten. Als Beispiele solcher modifizierter Legierungen wird auf die folgende Tabelle 1 Bezug genommen, in der die Legierungselemente in   Gew. -0/0   angegeben sind. 



   Tabelle 1 
 EMI1.3 
 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> Aluminium <SEP> Mangan <SEP> Kohlenstoff <SEP> Nickel <SEP> Silizium
<tb> A <SEP> 206 <SEP> 10,70 <SEP> 8,7 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 5, <SEP> 84 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 
<tb> A <SEP> 295 <SEP> 9,81 <SEP> 9,8 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 5, <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 
<tb> 12 <SEP> Kl <SEP> 8,66 <SEP> 9,8 <SEP> 0, <SEP> 92 <SEP> 6,02 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 
<tb> IV <SEP> 8,58 <SEP> 9,3 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 5,84 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 
<tb> A <SEP> 207 <SEP> 8,00 <SEP> 10, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> - <SEP> 
<tb> XXXI <SEP> 8,58 <SEP> 9,3 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 5,89 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 
<tb> A <SEP> 208 <SEP> 6,89 <SEP> 10,8 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 5, <SEP> 05
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
Alle in dieser Tabelle angegebenen Legierungen sind austenitisch und nicht magnetisch. In der brit. 



  Patentschrift Nr. 409, 355 ist eine Legierung beschrieben, die 2% Mn und 8% Ni enthält. Da dort das Eisen im Alpha-Zustand vorliegt, erhält man ein magnetisches Material mit ferritischem Gefüge, was bei den erfindungsgemässen Legierungen nicht der Fall ist. 



   Die Legierungen können einem erfindungsgemässen Wärmebehandlungsverfahren unterzogen werden, indem man sie nach dem Giessen auf eineTemperatur von 950 bis 1250 Cerhitzt und dann warmbearbeitet, ohne sie hierauf abzuschrecken. Eine Ausgestaltung des Wärmebehandlungsverfahren besteht darin, dass man die Legierungen nach   dem Giessen   einer Lösungsglühbehandlung bei   800 - 12500C unterzieht   und nach dem Warmbearbeiten abschreckt. 



   In der folgenden Tabelle 2 ist angegeben, welche Eigenschaften die Legierungen von Tabelle 1 erreichen, wenn aus ihnen Knüppel von 50 mm Durchmesser gegossen und sodann bei 12000C in quadratische Stäbe von 12,5 mm Seitenlänge warmgewalzt werden, ohne dass hernach abgeschreckt wird. 



   Tabelle 2 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> 0,1% <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> kg/mm <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> 0/0 <SEP> 
<tb> A206 <SEP> MO <SEP> IM <SEP> 
<tb> A <SEP> 295 <SEP> 126 <SEP> 145 <SEP> 2
<tb> 12 <SEP> Kl <SEP> 103. <SEP> 122 <SEP> 22 <SEP> 23
<tb> IV. <SEP> 132 <SEP> 146 <SEP> 19 <SEP> 24
<tb> A <SEP> 207 <SEP> 126 <SEP> 140 <SEP> 12 <SEP> 23
<tb> XXXI <SEP> 126 <SEP> 144 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> A <SEP> 208 <SEP> 128 <SEP> 142 <SEP> 30 <SEP> 48
<tb> 
 
In der Tabelle 3 ist angegeben, welche Eigenschaften warmgewalzte Stäbe oder Legierungen gemäss den Tabellen 1 und 2 erhalten, wenn sie 1 h bei 1050 Cgeglüht und mit Wasser abgeschreckt werden. 



   Tabelle 3 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> Verfahrensbedingungen <SEP> 0, <SEP> 10/0 <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> %
<tb> A <SEP> 206 <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> 1050/1I00 C'118 <SEP> 138 <SEP> 2 <SEP> 7
<tb> A <SEP> 295 <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> 1050 C* <SEP> 110 <SEP> 126 <SEP> 27 <SEP> 25
<tb> 12 <SEP> Kl <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> 1050/1100 C'70 <SEP> 94 <SEP> 28 <SEP> 33
<tb> IV <SEP> 1h <SEP> 1050 C* <SEP> 86 <SEP> 93 <SEP> 46 <SEP> 55
<tb> A207 <SEP> 1h <SEP> 1050 C <SEP> * <SEP> 83 <SEP> 99 <SEP> 60 <SEP> 58
<tb> XXXI <SEP> 1h <SEP> 1050 C <SEP> * <SEP> 92 <SEP> 98 <SEP> 23 <SEP> 64
<tb> A <SEP> 208 <SEP> 1h <SEP> 1050 C <SEP> * <SEP> 70 <SEP> 86 <SEP> 80 <SEP> 64
<tb> 
 * mit Wasser abgeschreckt 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
Aus den Tabellen 1, 2 und 3,

   insbesondere unter Bezugnahme auf die Legierung A 206, ht hervor, dass bei einem Gehalt der Legierung an Aluminium über   10%     und Mangan   etwas unter   90/0   geringe Duktili- täts- und Einschnürungswerte sowohl bei Warmverformungs- als auch bei Lösungsglühbedingungen erhal- ten werden. 



    Die erfindungsgemäss hergestellten Legierungen   haben aussergewöhnlich gute Eigenschaften im warm- verformten oder geschmiedeten Zustand ; z.   B.   hat die Legierung IV eine Vickers-Härtezahl von 488 im heissbearbeiteten Zustand und nach Unterwerfung einer weiteren Wärmebehandlung durch Dauerglühung auf 5000C während 20 h ergibt sich eine Erhöhung der Vickers-Pyramiden-Härte auf den beträchtlichen
Wert von 712. Solche Legierungen im gehärteten Zustand sind aussergewöhnlich brauchbar für hochbeanspruchte und verschleissfeste Bauteile, was insbesondere für die beschriebenen Legierungen mit Nickel und niedrigem Mangangehalt zutrifft. 



   Die Legierungen dieser Modifikation mit einem niedrigen Mangangehalt lassen sich ferner leicht einer Alterungsbehandlung in dem Bereich von 400 bis 7000C unterwerfen, der nach der Warmverformung oder nach der   Lösungsglühbehandlung   erfolgt. Als Beispiel der damit erhaltenen Ergebnisse einer typi- 
 EMI3.1 
 Silizium   0, 100/0,   Rest Eisen, und mit einem spez. Gewicht von 6, 927 wird auf die folgende Tabelle 4 verwiesen. 



   Tabelle 4 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> Zeit <SEP> bei <SEP> Temperatur <SEP> OC <SEP> Warmverformt <SEP> bei <SEP> 12000C <SEP> Warmverformt <SEP> bei <SEP> 1200 C, <SEP> nacherhitzt <SEP> 1 <SEP> h
<tb> (Stunden) <SEP> und <SEP> gealtert <SEP> bei <SEP> 600 C <SEP> bei <SEP> 1050 C, <SEP> mit <SEP> Wasser <SEP> abgeschreckt <SEP> und
<tb> gealtert <SEP> bei <SEP> 5000C
<tb> Vickers-Pyramiden-Härte
<tb> 0 <SEP> 450 <SEP> 340
<tb> 2 <SEP> 510 <SEP> 390
<tb> 3 <SEP> 530
<tb> 6 <SEP> 545
<tb> 6 <SEP> 1/2 <SEP> 430
<tb> 10 <SEP> 553
<tb> 10 <SEP> 1/2 <SEP> 480
<tb> 12 <SEP> 1/2 <SEP> 557
<tb> 13 <SEP> 492
<tb> 14 <SEP> 1/2 <SEP> 552
<tb> 18 <SEP> 1/2 <SEP> 535
<tb> 25 <SEP> 1/2 <SEP> 525
<tb> 26 <SEP> 530
<tb> 
 
 EMI3.3 
 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 nach   diesseitigem   Wissen weitaus länger als die besten Erzeugnisse aus allen andern Arten von Gesenk- 

    stählen.    



   Es wurde nun festgestellt, dass die erfindungsgemässen Legierungen mit hohem Nickel- und herabgesetztem Mangangehalt, wenn sie als Stanzmatrizen zur Herstellung der erwähnten AluminiumbronzeStanzlinge verwendet werden, die noch grössere Lebensdauer von etwa 8000 bis 10000 Schlägen aufweisen. 



   Die für diesen besonderen Fall verwendete Legierung war die Legierung 12 Kl (Tabelle   1).   Die Matrize wurde bei 12000C aus einem 132 mm Durchmesser aufweisenden Ingot geschmiedet und 6 1/2 h bei 6000C behandelt, bevor sie durch Pressen hergestellt wurde. 



   Legierungen gemäss dem erwähnten Vorschlag können als Sandgussstücke hergestellt werden, aber es wurde gefunden, dass die erfindungsgemässen Legierungen mit Nickel und herabgesetztem Mangangehalt verbesserte Eigenschaften beim Sandguss erhalten, insbesondere bei Wärmebehandlung durch Glühen bei   800-1200 C,   wobei sie gute mechanische Eigenschaften kombiniert mit hoher Duktilität erhalten. In diesem Zustand können die Sandgussstücke durch Ausscheidung im TemperatUrbereich von400 bis 7500C gehärtet werden, um Zugfestigkeit und Härte zu verbessern. Ein weiterer Bereich von Festigkeit und Härte kann durch entsprechende Auswahl und Dauer der Temperatur der Wärmebehandlung erreicht werden.

   Die Legierungen erscheinen für viele Anwendungszwecke geeignet, die hohe Zugfestigkeit bei Temperaturen bis 4000C aufweisen (oder für kürzere Zeiten bei höheren Temperaturen) und mässige Korrosionsfestigkeit verlangen, insbesondere dann, wenn geringes Gewicht erwünscht ist,   z. B.   für 1.   Kompressorflügel und   -scheiben, 2. sämtliche Flugzeugsverwendungszwecke, bei denen derzeit Kohlenstoffstähle oder niedriglegierte Stähle verwendet werden, 3. Verwendungszwecke, welche kurzzeitige Dienste bei Temperaturen bis zu 6500C erfordern und wo eine Gewichtsersparung von überragender Bedeutung ist,   z. B.   bei Bauteilen von gelenkten Geschossen, 4. Flugzeugmotorteile, wo geringes Gewicht und niedere Leitfähigkeit erwünscht sind, z. B. Lagergehäuse, 5. hochzugfeste Befestigungen, 6.

   Federn (in kalt gewalztem oder gezogenem Zustand), 7. Warmgesenke, 8. Anwendungen, die Reibfestigkeit verlangen (in diesem Falle ist die Legierung in gehärtetem Zustand dann zu verwenden, wenn eine etwas grössere Sprödigkeit zulässig ist). 



   Weitere entsprechende Anwendungsarten sind folgende : a) Pleuelstangen, bei denen ein hohes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht wünschenswert ist, b) Getriebe, c) Ventilsitzeinlagen, d) Scheibenbremsen, e) Bolzen, insbesondere für die Elektrifizierung von Bahnen, wo das grösste Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht erforderlich ist. 



   Wenn Ingots oder Knüppel für die   spätere Verarbeitung   erzeugt werden sollen, hat es sich als zweck- 
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 auf S. 5 des "Metals Hand Book, 1948", herausgegeben von der American Society for Metals of Cleveland, Ohio, sowie im Aufsatz "Still Casting of   Metals" von P. H. G.   Durville, erschienen in "American Institute of Mining Metallurgical Engineers Prodeedings of the Institute of Metals Divison" [1927], S. 343, beschrieben. Bei Verwendung dieses Verfahrens erwies es sich als unnötig, die Ingots vor der Warmverformung zu bearbeiten, zu schleifen oder in sonstiger Weise zuzurichten. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Im wesentlichen austenitische Eisen-Aluminium-Mangan-Nickel-Legierung für die Herstellung 
 EMI4.2 
    - 200/0101o   der Elemente Beryllium, Kobalt, Molybdän, Wolfram, Vanadin, Kupfer, Tantal, Zirkon, bis zu   5%   Chrom, bis   zu 2%   Bor und bis   zu 2%   Cer, einzeln oder gemeinsam, enthält.

Claims

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 8, 581o Aluminium, 9,''/o Mangan, l, 121o Kohlenstoff, 5, 84% Nickel, 0, 10% Silizium, Rest Eisen und Verunreinigungen besteht.

3. Wärmebehandlungsverfahren für eine Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach dem Giessen auf eine Temperatur von 950 bis 12500C erhitzt und dann warm bearbeitet wird.

4. Wärmebehandlungsverfahren für eine Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach dem Giessen einer Lösungsglühbehandlung bei 800 - 12500C unterworfen und nach dem Warmbearbeiten abgeschreckt wird. <Desc/Clms Page number 5>

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung anschliessend durch Kaltverformung weiterbearbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung schliesslich einer künstlichen Alterungsbehandlung im Temperaturbereich von 400 bis 7000C unterworfen wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Guss nach dem Durville- oder Rotationsverfahren erfolgt.